亜鉛シグナルはどのように表皮バリア機能を制御しているのか？
−ZIP10 を標的とするバリア機能制御物質の探索−
徳島文理大学薬学部病態分子薬理学研究室

深田俊幸

Zinc is an essential trance element for life, and zinc deficiency causes numbers of symptoms including dermal
inflammation and immune deficiency, so that zinc homeostasis must be tightly fine-tuned via zinc transporters, however, theinvestigations for the involvement of zinc transporters in skin and immunological homeostasis have not been conducted indetail so far.
Previously, we have demonstrated that zinc transporter SLC39A10/ZIP10 plays important roles in early B cell
development and B cell-mediated immune responses. Further, we have found that ZIP10 is highly expressed in the hairfollicles, which is required for skin and hair follicles formation, however, there is limited information on ZIP10-expressing
cells about their physiological roles, their fate determining, and the molecular events controlled by zinc transporter ZIP10.
To clarify the physiological functions of ZIP10 and the profiles of ZIP10 expressing cells in vivo, we have generated
Zip10-IRES-GFP knock-in (Zip10-GFP-KI) mouse, which was further crossed with Rosa26 Tomato-KI mouse to generateZip10-GFP/Tomato-KI mouse. The GFP expression was detected in the hematopoietic stem cell and ZIP10-expressing pre-/pro-B cell populations in the bone marrow cells from the Zip10-GFP-KI mice. Tomato expression was also detected in partof the ZIP10-expressing pre-/pro-B cell populations, indicating that Tomato expressing pre-/pro-B cells were derived fromZIP10-expressing progenitor cells. In skin of the mice, GFP and Tomato were detected around the lower and upper bulge
regions, respectively. The hair follicle stem cell populations also contained GFP and GFP/Tomato expressing cells.
These findings indicated that both Zip10-GFP-KI and Zip10-GFP/Tomato-KI mice are valuable tools to investigate
the functions of ZIP10 and the fate of the ZIP10-expressing cells in vitro and in vivo, which will bring us numbers ofopportunities for better understanding of the dermatology and the cosmetology in the future.

１．緒ZIP 10 を発現することを見出したので、以下にその内容を言報告する。

亜鉛は生命の維持に不可欠な微量金属であり、細胞内外

２．方における亜鉛の恒常性は亜鉛トランスポーターが担ってい法

シウムイオンのようにシグナル因子（＝亜鉛シグナル）とし

2 . 1. Zip10 -GFP-KIマウスとZip10 -GFP/TomatoKIマウスの作成て細胞機能を制御する 1）。代表研究者は、亜鉛トランスポ

ZIP10 発現細胞の特徴を解析するために、EGFP-IRES-ーター ZIP 10 の亜鉛シグナルが表皮バリア機能に必要でCreERT2 遺伝子カセットを Zip 10 プロモーター下流に挿あることを見出し、ZIP 10 が皮膚領域における重要な研究入（knock-in: KI）したZip 10-GFP-KIマウスを作成した（図対象であることを示した 2）。一方、ZIP 10 の亜鉛シグナル

1 :未発表）。

る。亜鉛トランスポーターが輸送する亜鉛イオンは、カルが表皮バリア機能をどのように制御しているのか、その詳

ZIP 10 発現細胞の子孫細胞を可視化するために、Zip10GFP-KI マ ウ ス と Rosa26 領 域 に loxp 配 列 で 挟 ま れ た

細な分子機序はまだ解明されていない。
本研究は、「ZIP 10 の亜鉛シグナルは、表皮バリア機能にどのような役割を演じているのか」について解明し、Tomato 遺伝子を挿入した Tomato-KI マウスを交配してZip10-GFP/Tomato-KIマウスを作成した。

ZIP 10 を標的とする表皮バリア機能に有用な新しい素材

Zip 10-GFP/Tomato-KI マウスの ZIP10 発現細胞は、タを探索することを目標に設定した。ZIP 10 は血球系細胞モキシフェン依存的に活性化される CreERT 2 が発現するにも発現すること 3 , 4）、表皮バリア機能には血球系細胞のため、当該マウスをタモキシフェンで処理すると、ZIP 10関与も示されていることから、造血幹細胞も研究対象に加発現細胞はTomato を発現して赤色発光し、ZIP10 発現が消えて解析した。現時点で、毛包幹細胞および造血幹細胞が失した後も Tomato を発現する。したがって、Zip10-GFP/

How does zinc signaling control theskin barrier functions?
Toshiyuki Fukada
Molecular and Cellular Physiology,
Faculty of Pharmaceutical Sciences,
Tokushima Bunri University− 139 −

図 1 Zip10-GFP-IRES-CreERT2-KI（Zip10GFP-KI）マウスのゲノムマップ

コスメトロジー研究報告 Vol. 30, 2022

Tomato-KI マウスを用いることにより、ZIP10 を発現する確認した（図 5 : 未発表）
。さらに、タモキシフェン処理した細胞とその子孫細胞を可視化することができる。

Zip 10 -GFP/Tomato-KI マウスの B 前駆細胞には、GFP 陽性細胞と GFP/Tomato 共陽性細胞が存在することを確認し

2 . 2 . 毛包に関する解析た（図 6 : 未発表）。

Zip 10-GFP-KI マウスの背部皮膚試料を蛍光顕微鏡で観これらの結果は、造血幹細胞群またはその亜集団に察し、毛包における GFP の発現を精査した。ZIP 10 発現細ZIP 10 発現細胞が存在すること、B 前駆細胞が ZIP 10 を発胞の子孫細胞を可視化するために、Zip10 -GFP-KI マウス現することを示すとともに、B 前駆細胞が ZIP 10 を発現しと Tomato-KI マウスを交配した Zip10 -GFP/Tomato-KI マていた細胞から分化した可能性を示唆するものと考える。

ウスにタモキシフェンを腹腔内投与し、皮膚の毛包幹細胞における GFPと Tomatoの発現をFACS で解析した。

2 . 3 . 血球系細胞に関する解析
Zip10-GFP-KI マウスの骨髄由来細胞を用いて、造血幹細胞および B 前駆細胞画分における GFP の発現を FACS で解析した。

3．結果

3 . 1. 毛包に関する解析
Zip 10 -GFP-KI マ ウ ス の 皮 膚 毛 包 に、GFP の 発 現 を確認した（図 2 : 未発表）
。さらに、タモキシフェン処理した Zip 10 -GFP/Tomato-KI マウスの毛包および上部バルジ領域に Tomato の発色を確認した（図 3 : 未発表）
。加えて、FACS による毛包幹細胞分画の解析により、GFP お図 4 タモキシフェン処理した Zip10-GFP-KI マウスの毛包幹細胞（HFSCs）
における GFP と Tomato の検出

よび Tomato の発現を確認した（図 4 : 未発表）
。すなわち、
ZIP 10 発現細胞および ZIP 10 発現細胞の子孫細胞が、毛包幹細胞分画に存在することが示唆された。

3 . 2 . 血球系細胞に関する解析
Zip 10 -GFP-KI マウスの造血幹細胞に、GFP の発現を

図 5 Zip10-GFP-KI マウスの造血幹細胞における GFP の検出

図 2 Zip10-GFP-KI マウスの皮膚組織における毛包周囲の GFP の検出

図 3 タモキシフェン処理した Zip10-GFP/Tomato-KI
マウスの毛包周囲組織における GFP とTomato の検出

図 6 Zip10-GFP/Tomato-KI マウスにおける（a）B 前駆細胞
（preB/proB 分画）と（b）GFP/Tomato 共陽性細胞の検出− 140 −亜鉛シグナルはどのように表皮バリア機能を制御しているのか？ーZIP10 を標的とするバリア機能制御物質の探索ー

4．考な皮膚の形成と維持を科学するコスメトロジーの発展に貢察献したいと考えている。

毛包幹細胞分画に ZIP 10 発現細胞の子孫細胞が存在することから、ZIP 10 が毛包幹細胞の分化や維持に関与する可能性が示された。一方、ZIP 10 が造血幹細胞に発現する謝辞コロナ禍の影響を多大に受けた研究期間でありましたが、ことから、ZIP 10 が造血幹細胞の細胞増殖や維持等に関与貴財団のご援助により、本研究を大きく進展させることがすることが示唆された。

できました。得られた研究成果を基盤にして、本研究をさ今後は、毛包幹細胞や造血幹細胞における ZIP 10 の役割を解明するために、Zip 10 -GFP/Tomato-KI マウスからに発展させるべく邁進する所存です。貴財団の御高配に心よりお礼申し上げます。

ら ZIP 10 を発現する毛包幹細胞および造血幹細胞を GFPと Tomato を指標にしてソーティングし、RNA-sequenceや singe cell analysis によって遺伝子発現様式を精査して、これらの細胞の特徴を解析する。さらに、ZIP 10 の亜鉛シグナルを制御する化合物を探索して、毛包と表皮の形成に係る創薬研究のための実験を実施する。

５．総（引用文献）
1） Fukada T. and Kambe T. Zinc Signaling（editor）,
Springer Nature Singapore Pte Ltd.2019
2） Bin BH, et al. Requirement of zinc transporter ZIP10for epidermal development: Implication of the ZIP1 0–
p6 3 axis in epithelial homeostasis. Proc. Natl. Acad.

括Sci. USA 114: 12243-12248, 2017

我々が開発したZIP10 発現細胞とその子孫細胞を可視化

3） Miyai T, et al. Zinc transporter SLC3 9A1 0/ZIP1 0

することができる Zip 10 -GFP-KI マウスと Zip 10 -GFP/

facilitates antiapoptotic signaling during early B-cell

Tomato-KI マウスは、「亜鉛トランスポーター ZIP 10 の亜development. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111: 11780-

鉛シグナルは、表皮バリア機能にどのような役割を演じて85, 2014

いるのか」を究明する上で極めて有用なツールであり、本

4） Hojyo S, et al. Zinc transporter SLC3 9A1 0/ZIP1 0

研究ではこれらのマウスに由来する細胞の解析を進めるこ

controls humoral immunity by modulating B cellとにより、ZIP 10 を発現する毛包幹細胞等の特徴と役割のreceptor signal strength. Proc. Natl. Acad. Sci. USA

解析を実施した。

111: 11786-11791, 2014

本研究期間には、アトピー性皮膚炎患者の皮膚では5）5） K.Nakajima, et al. Possible involvement of zinc

ZIP 10 の発現が減少していること 、亜鉛シグナルは表皮transporter ZIP1 0 in atopic dermatitis. J.Dermatol.

におけるエピジェネティックな遺伝子発現の制御に関与

47:e51-e53, 20206）

することを見出している 。今後の研究において、Zip 10 -6） Lee MG, et al. Implication of the zinc-epigenetic axis

GFP-KI マウスと Zip 10 -GFP/Tomato-KI マウスを様々

in epidermal homeostasis J.Dermatol. Sci. 98: 203‒206,

な実験に適用することにより、亜鉛トランスポーター

2020

ZIP 10 が関わる皮膚科学の理解と、亜鉛が関与する健康的− 141 −